李松偉， 王發(fā)展， 陳彪， 謝俊明， 史久長

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.中國煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院，河南 鄭州 450008；3. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司許昌卷煙廠，河南 許昌 461000；4.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310000)

烤煙是中國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，由于種植指數(shù)逐年增加及化學(xué)肥料的長期不合理施用，造成植煙土壤板結(jié)酸化、養(yǎng)分流失、病蟲害加劇等嚴(yán)重的連作障礙問題[1]。研究表明，植煙土壤連作障礙與土壤理化性質(zhì)改變及有害微生物積累密切相關(guān)，土壤孔隙度及吸收性能降低、土壤偏酸、酚酸類物質(zhì)增多及有害真菌大量繁殖是造成烤煙連作障礙的主要因素[2-3]。如何改良土壤環(huán)境，以解決煙田連作障礙，已成為中國烤煙生產(chǎn)急需解決的問題。

生物炭是有機(jī)物質(zhì)在缺氧或低氧條件下熱裂解形成的固體產(chǎn)物。由于其疏松多孔的性質(zhì)及較大的比表面積和陽離子交換量[4]，成為近年來研究土壤改良及克服連作障礙的熱點之一[5-6]。研究表明，施用生物炭能有效改良連作酸性土壤理化性狀，顯著提高煙葉品質(zhì)[7]。生物炭對改善連作障礙下煙株礦質(zhì)元素動態(tài)分布、農(nóng)藝性狀及主要品質(zhì)成分有明顯促進(jìn)作用[8]。研究表明，施用生物炭能顯著降低烤煙黑脛病發(fā)病率及病情指數(shù)，顯著提高連作下烤煙煙株根系活力、根系總面積和總根尖數(shù)及葉面積、葉綠素相對值和凈光合速率等光合生理指標(biāo)[9]。海藻有機(jī)肥是利用海洋中大型藻類研制的新型綠色有機(jī)肥，海藻肥含有大量的非含氮有機(jī)物、鉀、鈣、鎂、鋅、碘等40余種礦物質(zhì)元素和豐富的維生素，以及海藻所特有的海藻多糖、海藻酸、高度不飽和脂肪酸和多種天然植物生長調(diào)節(jié)劑，能夠?qū)χ参锷L及土壤改善產(chǎn)生有益功效[10]。研究表明，施用海藻有機(jī)肥能顯著促進(jìn)煙苗生長及對礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收[11]，提高烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)[12-13]。施用海藻有機(jī)肥在改善連作條件下土壤理化性狀[14]，促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收[15]，抑制土壤病原菌[16]等方面發(fā)揮重要作用。

由于生物炭及海藻有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用潛力，目前土壤中施用生物炭及海藻有機(jī)肥促進(jìn)烤煙生長已有研究，但關(guān)于二者耦合施用能否更有效改善連作障礙下植煙土壤環(huán)境、促進(jìn)烤煙生長鮮有報道。因此，本試驗以烤煙為試驗材料，研究施用海藻有機(jī)肥及配施生物炭對連作障礙條件下烤煙生長、植煙土壤理化性質(zhì)及微生物結(jié)構(gòu)、葉片光合及抗氧化生理特性、烤后煙葉化學(xué)成分及經(jīng)濟(jì)性狀的影響，探索緩解烤煙連作障礙難題的解決措施，以期為烤煙連作障礙防控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年在河南省駐馬店市泌陽縣盤古鄉(xiāng)試驗田進(jìn)行。供試用地為園區(qū)內(nèi)連作烤煙3 a煙田，地勢平坦。供試土壤類型為黃壤土，土壤肥力中等，其基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH值為6.28，有機(jī)質(zhì)為26.69 g·kg-1，堿解氮為65.16 mg·kg-1，速效磷為19.61mg·kg-1，速效鉀為135.86mg·kg-1。

供試烤煙為當(dāng)?shù)刂髟钥緹熎贩N云煙 87，由泌陽縣煙葉工作站提供。生物炭由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草行業(yè)煙草栽培重點實驗室提供，為小麥秸稈經(jīng)30 min在500 ℃低氧炭化而成，其基本理化性質(zhì)為：使用比表面積分析儀(BSD PM1/2)測得比表面積16.54 m2·g-1，容重0.21 g·cm-3，使用pH計(QHAUS SC310)測得pH值9.28，采用K2Cr2O7-濃H2SO4外加熱法測得有機(jī)碳234.91 g·kg-1，全氮2.27 g·kg-1，全磷6.26 g·kg-1，全鉀41.78 g·kg-1。海藻有機(jī)肥購自中國海洋大學(xué)生物工程開發(fā)有限公司m(N+P2O5+K2O)≥6%，有機(jī)質(zhì)≥30%，褐藻膠3.59%，腐殖酸6.30%，全氮21.39 g·kg-1，全磷19.01 g·kg-1，全鉀6.01 g·kg-1)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采取隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，共設(shè)置4個處理。CK：連作處理；T1：連作+施用生物炭處理；T3：連作+施用海藻有機(jī)肥處理；T3：連作+施用生物炭+施用海藻有機(jī)肥處理。每個處理包括3個重復(fù)，共12個小區(qū)，每小區(qū)面積約0.067 hm2。

經(jīng)前期試驗，本試驗處理海藻有機(jī)肥施用量為375 kg·hm-2，生物炭施用量為1 800 kg·hm-2。按照試驗處理設(shè)置，煙苗移栽前將海藻有機(jī)肥、生物炭、鈣鎂磷肥(m(P2O5)=12%)為375 kg·hm-2和煙草專用復(fù)合肥(m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=10∶8∶20)為682.5 kg·hm-2作基肥條施，煙草專用復(fù)合肥142.5 kg·hm-2、硝酸鉀肥(m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=13.5∶0∶44.5)為225 kg·hm-2和硫酸鉀肥(m(K2O)=50%)為225 kg·hm-2作追肥于團(tuán)棵期穴施。采用溝灌澆水，試驗期內(nèi)不再施用任何無機(jī)肥料。其他生產(chǎn)管理措施參照《泌陽縣優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)管理技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行。

于移栽后60 d進(jìn)行烤煙葉片光合作用、抗氧化等生理指標(biāo)取樣測定，移栽后90 d進(jìn)行烤煙生長指標(biāo)和土壤取樣測定。各試驗小區(qū)煙葉成熟后單獨采烤，進(jìn)行烤后煙葉各項指標(biāo)分析。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 烤煙生長指標(biāo)測定 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 142—2010[17]，測定烤煙株高、莖圍、最大葉面積等農(nóng)藝性狀指標(biāo)；煙株整株挖出，根系用自來水沖洗干凈，將根系和地上部分開，在105 ℃下殺青30 min后，經(jīng)80 ℃烘干測定干物質(zhì)量。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)測定 移栽后90 d，每個試驗小區(qū)內(nèi)按照“S形線路”采集0～20 cm土層根際土壤，混合土樣以“四分法”平均作為分析樣品。部分土壤去除碎石、根系等雜物后立即放入4 ℃冰箱保存，用于測定土壤微生物數(shù)量，剩余土壤于陰涼處風(fēng)干后過2 mm網(wǎng)篩，用于土壤理化性質(zhì)測定。

參照鮑士旦[18]的方法，采用766 pH計(Knick，德國)測定pH值；采用烘干法測定土壤含水率；采用環(huán)刀法測定土壤容重；采用堿解擴(kuò)散法測定堿解氮含量。采用NH4F-HCl法測定速效磷含量；采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定速效鉀含量。參照林啟美等[19]的方法，采用K2SO4浸提法測定溶解性有機(jī)碳含量；采用氯仿熏蒸浸提-TOC法測定土壤微生物量碳、氮含量。

采用稀釋涂布平板法[20]測定土壤微生物數(shù)量，其中細(xì)菌培養(yǎng)采用營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基；真菌培養(yǎng)采用改良馬丁培養(yǎng)基；尖孢鐮刀菌培養(yǎng)采用PDA培養(yǎng)基。

1.3.3 烤煙葉片生理指標(biāo)測定 移栽后60 d于9:00—11:00，使用LI-6400 XT便攜式光合測定系統(tǒng)(LI-COR，美國)測定煙株功能盛期葉片光合指標(biāo)，包括凈光合速率(Photosynthetic rate，Pn)、氣孔導(dǎo)度(Conductance to H2O，Gs)、蒸騰速率(Transpiration rate，Tr)和胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Intercellular CO2concentration，Ci)。測定光照度為1 200 μmol·m-2·s-1, CO2摩爾分?jǐn)?shù)為390 μmol·mol-1。

移栽后60 d，隨機(jī)選取不同處理烤煙植株中部功能葉片，迅速置于液氮中，-80 ℃保存?zhèn)溆?。參照李合生[21]的方法，采用硫代巴比妥酸法(TBA)測定丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量；采用氮藍(lán)四唑還原法測定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性；采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(peroxidase，POD)活性；采用紫外吸收法測定過氧化氫酶(catalase，CAT)活性；采用考馬斯亮藍(lán)G520法測定可溶性蛋白含量；采用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量。

1.3.4 烤后煙葉指標(biāo)測定 采烤結(jié)束后，選取每小區(qū)C3F等級煙葉用于烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分測定。參照王瑞新[22]的方法，采用靛酚藍(lán)分光光度法測定總氮含量；采用紫外分光光度法測定煙堿含量；采用蒽酮比色法測定水溶性總糖含量；采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖含量；采用水浸提-碘比色法測定淀粉含量；采用FP640火焰光度計(INESA，上海儀電分析儀器有限公司)測定鉀含量；采用San++連續(xù)流動分析儀(Skalar，荷蘭)測定氯含量。其中，糖堿比=總糖/煙堿；氮堿比=總氮/煙堿；鉀氯比=鉀/氯。參照GB 2635—92標(biāo)準(zhǔn)[23]對烤后煙葉進(jìn)行分級，計算產(chǎn)量、均價、產(chǎn)值、上等煙比例和中上等煙比例等經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用SPSS 21.0進(jìn)行差異顯著性分析，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。數(shù)據(jù)處理結(jié)果采用Origin 9.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對烤煙生長及干物質(zhì)的影響

如表1所示，與CK處理相比，經(jīng)生物炭、海藻肥及配施處理后烤煙株高、莖圍和最大葉面積等農(nóng)藝性狀指標(biāo)均有不同程度提高，且以生物炭配施海藻肥處理下烤煙各項農(nóng)藝性狀提升幅度最大。相比于CK處理，T3處理下烤煙株高、莖圍和最大葉面積分別顯著提高了10.39%，18.50%和5.40%。在烤煙干物質(zhì)指標(biāo)上，烤煙根系、地上部干質(zhì)量和根冠比均表現(xiàn)為生物炭配施海藻肥處理>生物炭、海藻肥單施處理>CK處理的格局。相比于CK處理，T3處理下烤煙根系、地上部干質(zhì)量和根冠比提升最大，分別顯著提高了64.78%，8.09%和52.44%。單施生物炭、海藻肥和生物炭配施海藻肥處理之間比較，配施處理能明顯提高烤煙根系干質(zhì)量和根冠比。相比于T1和T2處理，T3處理下烤煙根系干質(zhì)量分別顯著提高了34.15%和39.13%，烤煙根冠比分別顯著提高了28.64%和36.18%。

表1 生物炭配施海藻肥對烤煙生長及其干物質(zhì)含量的影響Table 1 Effects of biochar combined with seaweed fertilizer on growth and dry matter of flue-cured tobacco

2.2 不同處理對植煙土壤理化性質(zhì)的影響

從表2可以看出，除土壤容重和溶解性有機(jī)碳外，不同處理下土壤理化性質(zhì)指標(biāo)均以生物炭配施海藻肥處理最高。與CK處理相比，經(jīng)生物炭、海藻肥及配施處理后植煙土壤pH值、含水率、堿解氮、速效磷、速效鉀、微生物量碳、微生物量氮和微生物量碳氮比均有不同程度提高，且以生物炭與海藻肥配施處理提升幅度最大，增幅分別達(dá)5.01%，22.84%，28.28%，22.02%，56.93%，40.49%，14.92%和30.92%，且差異均顯著。土壤容重和溶解性有機(jī)碳含量表現(xiàn)為CK>單施海藻肥>單施生物炭>生物炭配施海藻肥處理。其中，T3處理下土壤容重和溶解性有機(jī)碳含量較CK處理分別顯著降低了18.83%和36.58%。在生物炭、海藻肥及配施處理之間比較，生物炭與海藻肥配施處理下植煙土壤pH值、含水率、堿解氮、速效磷、速效鉀和微生物量碳含量均顯著高于生物炭或海藻肥單一處理，而土壤容重和溶解性有機(jī)碳含量顯著降低。相比于T1和T2處理，T3處理下植煙土壤pH值分別顯著提高了3.71%和3.86%，含水率分別顯著提高了9.58%和8.31%，堿解氮含量分別顯著提高了17.96%和18.75%，速效磷含量分別顯著提高了21.12%和12.39%，速效鉀含量分別顯著提高了41.37%和19.83%，微生物量碳含量分別顯著提高了17.01%和21.99%，而土壤容重分別顯著降低了5.30%和6.72%，溶解性有機(jī)碳含量分別顯著降低了31.18%和28.30%。

表2 生物炭配施海藻肥對土壤理化性質(zhì)的影響Table 2 Effect of biochar application with seaweed fertilizer on soil physicochemical properties

2.3 不同處理對植煙土壤微生物數(shù)量的影響

如圖1所示，經(jīng)生物炭、海藻肥及配施處理后明顯改變了植煙土壤微生物數(shù)量及結(jié)構(gòu)特征，其中細(xì)菌數(shù)量和細(xì)菌/真菌值以生物炭配施海藻肥處理最高，細(xì)菌數(shù)量表現(xiàn)為T3>T1>T2>CK處理，細(xì)菌/真菌值表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK處理；CK處理真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量最高，依次表現(xiàn)為CK>T1>T2>T3處理。生物炭、海藻肥及配施處理均顯著增加了植煙土壤細(xì)菌數(shù)量和細(xì)菌/真菌值，其中以生物炭和海藻肥配施處理增幅最大。與CK處理相比，T3處理下植煙土壤細(xì)菌數(shù)量和細(xì)菌/真菌值分別是CK處理的4.78和29.41倍。生物炭、海藻肥及配施處理下土壤真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量較CK處理顯著降低，其中T3處理下植煙土壤真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量較CK處理分別顯著降低了83.88%和66.67%。在生物炭、海藻肥及配施處理之間比較，以生物炭和海藻肥配施處理下植煙土壤細(xì)菌數(shù)量和細(xì)菌/真菌值相對較高，而真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量較低。相比于T1和T2處理，T3處理下植煙土壤細(xì)菌數(shù)量和細(xì)菌/真菌值分別顯著提高了6.00%和15.79%，105.56%和88.22%；真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量分別顯著降低了44.86%和38.54%，47.79%和44.65%。

2.4 不同處理對烤煙葉片光合作用參數(shù)的影響

如圖2所示，不同處理下烤煙葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)分別表現(xiàn)為T3>T1>T2>CK處理的格局，而在葉片胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Ci)方面則為CK>T2>T1>T3處理。與CK處理相比，經(jīng)生物炭、海藻肥及配施處理后，烤煙葉片Pn，Gs和Tr均有不同程度提高，Ci表現(xiàn)為不同程度降低，其中以生物炭和海藻肥復(fù)合處理下變化幅度最大。相比于CK處理，T3處理下烤煙葉片Pn，Gs和Tr分別顯著提高了21.82%，47.62%和56.60%，而Ci則顯著降低了17.71%。在生物炭、海藻肥及配施處理之間比較，生物炭與海藻肥處理之間在Pn,Gs，Tr和Ci指標(biāo)上雖有一定差異，但差異均不顯著。而相比于生物炭和海藻肥單施處理，生物炭和海藻肥配施處理下烤煙Pn和Tr均有顯著升高。相比于T1和T2處理，T3處理的烤煙Pn和Tr分別顯著提高了9.68%和13.78%，15.04%和21.55%。

注:不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。 Note: Different letters indicate significant differences among treatments(P<0.05).The same as below.圖1 生物炭配施海藻肥對土壤微生物數(shù)量的影響Fig.1 Effect of biochar application of seaweed fertilizer on soil microbial population

圖2 生物炭配施海藻肥對烤煙葉片光合作用參數(shù)的影響Fig.2 Effects of biochar combined with seaweed fertilizer on photosynthesis parameters of flue-cured tobacco leaves

2.5 不同處理對烤煙葉片生理特性的影響

如表3所示，生物炭、海藻肥單獨施用及配施處理下，相比與CK處理烤煙葉片丙二醛(MDA)含量均有顯著下降，且以生物炭和海藻肥配施處理下降幅最大(23.49%)。與CK處理相比，不同處理下烤煙葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)等抗氧化酶活性均有不同程度提高，SOD和CAT活性表現(xiàn)為T3>T1>T2>CK處理，POD活性表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK處理的格局。相比于CK處理，T3處理下烤煙葉片SOD,POD和CAT活性分別顯著提高了9.68%,116.68%和106.86%。在生物炭、海藻肥及配施處理之間比較，生物炭配施海藻肥處理下烤煙葉片MDA含量和SOD,POD和CAT活性均有顯著差異。相比于T1和T2處理，T3處理下烤煙葉片MDA含量分別顯著降低了8.60%和13.14%，SOD活性分別顯著提高了3.92%和6.61%,POD活性分別顯著提高了57.02%和45.34%，CAT活性分別顯著提高了49.12%和54.01%。

在滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量方面，相比于CK處理，生物炭、海藻肥單獨施用及配施處理下烤煙葉片脯氨酸含量均有顯著下降，而可溶性糖和可溶性蛋白含量有顯著提高，且以生物炭配施海藻肥處理下變化幅度最大。與CK處理相比，T3處理下烤煙葉片脯氨酸含量顯著降低了46.73%，可溶性糖和可溶性蛋白含量分別顯著提高了56.96%和38.94%。與單獨施用生物炭及海藻肥處理相比，生物炭和海藻肥配施處理下烤煙葉片脯氨酸含量顯著降低，可溶性糖及可溶性蛋白含量均有不同程度提高。與T1和T2處理相比，T3處理下烤煙葉片MDA含量顯著降低了16.34%和31.24%，而可溶性糖和可溶性蛋白含量分別顯著提高了16.47%和18.59%，11.82%和17.25%。

表3 生物炭配施海藻肥對烤煙葉片生理特性的影響Table 3 Effects of biochar combined with seaweed fertilizer on the physiological characteristics of flue-cured tobacco leaves

2.6 不同處理對煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

如表4所示，生物炭、海藻肥單獨施用及配施處理下，烤后煙葉總氮、煙堿和氯含量表現(xiàn)為CK>T1>T2>T3處理，淀粉含量表現(xiàn)為CK>T2>T1>T3處理的格局。與CK處理相比，生物碳和海藻肥配施處理下煙葉總氮、煙堿、淀粉和氯含量均顯著降低，降幅分別達(dá)11.19%,24.39%,48.02%和18.64%。而且相對于生物炭和海藻肥單一施用處理，生物碳和海藻肥配施處理下煙葉煙堿、淀粉和氯含量亦明顯降低。與T1和T2處理相比，T3處理下煙葉煙堿含量分別顯著降低了14.15%和12.26%，淀粉含量分別顯著降低了26.20%和28.61%,氯含量分別顯著降低了9.43%和7.69%。不同處理下烤后煙葉總糖、還原糖、鉀含量及糖堿比表現(xiàn)為T3>T1>T2>CK處理，氮堿比表現(xiàn)為T3>T1=T2>CK處理，鉀氯比表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK處理。在總糖、還原糖、鉀含量及糖堿比、氮堿比和鉀氯比指標(biāo)上，無論是生物炭、海藻肥單獨施用,還是配施處理，均顯著高于CK處理，且以生物炭配施海藻肥處理提升幅度最大。相比于CK處理，T3處理下烤煙總糖、還原糖、鉀含量及糖堿比、氮堿比和鉀氯比分別顯著提高了18.34%，31.82%，22.40%，56.38%，17.72%和50.65%。而且相比于生物炭和海藻肥單一施用處理，生物碳和海藻肥配施處理下煙葉總糖、鉀含量和糖堿比、氮堿比、鉀氯比均有顯著提高，其中總糖增幅分別為9.61%和14.11%，鉀含量增幅分別為2.28%和3.23%，糖堿比增幅分別為27.60%和29.95%，氮堿比增幅分別為6.90%和6.90%，鉀氯比增幅分別為13.08%和11.99%。

表4 生物炭配施海藻肥對煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響Table 4 Effects of biochar application with seaweed fertilizers on conventional chemical components of tobacco leaves

2.7 不同處理對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

如表5所示，不同處理下烤煙產(chǎn)量、上等煙比例、中上等煙比例、均價和產(chǎn)值等經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)均以生物碳和海藻肥配施處理下最高，上等煙比例和均價表現(xiàn)為T3>T1>T2>CK處理，產(chǎn)量、中上等煙比例和產(chǎn)值表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK處理。且與生物炭、海藻肥單獨施用及配施處理相比，CK處理下烤煙各項經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)均顯著降低。生物炭、海藻肥單獨施用及配施處理下，烤煙各項經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)均以二者配施處理最高，烤煙產(chǎn)量、上等煙比例、中上等煙比例、均價和產(chǎn)值較CK處理分別顯著提高了18.61%，20.01%，19.92%，13.25%和34.33%。生物炭、海藻肥單獨施用及二者配施處理之間比較，生物炭和海藻肥配施處理下烤煙產(chǎn)量、上等煙比例、中上等煙比例和產(chǎn)值均顯著高于生物炭、海藻肥單獨施用。與T1和T2處理相比，T3處理下烤煙產(chǎn)量分別顯著提高了4.95%和3.74%，上等煙比例分別顯著提高了10.55%和10.62%，中上等煙比例分別顯著提高了9.96%和8.32%，產(chǎn)值分別顯著提高了7.31%和6.34%。

表5 生物炭配施海藻肥對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響Table 5 Effect of biochar application with seaweed fertilizer on economic traits of flue-cured tobacco

3 討論與結(jié)論

烤煙農(nóng)藝性狀指標(biāo)及各部位干物質(zhì)積累分配比例是烤煙生長發(fā)育狀況的最直觀體現(xiàn)，烤煙根系發(fā)育與烤煙地上部形態(tài)建成及產(chǎn)量形成有直接關(guān)系[24]。施用生物炭、海藻有機(jī)肥及二者復(fù)合施用對連作條件下烤煙生長發(fā)育均有明顯的促進(jìn)作用，而且生物炭和海藻肥配施處理下烤煙地上部農(nóng)藝性狀指標(biāo)、干物質(zhì)積累及根系發(fā)育表現(xiàn)均最好，相較于二者單獨使用，促進(jìn)作用更為顯著。海藻有機(jī)肥富含有益微生物生長分泌球囊素、有機(jī)酸等改善了土壤pH值及團(tuán)粒形成，生物炭的施用提高了土壤總孔隙度及土壤持水能力[25]，改善土壤的微生態(tài)環(huán)境，二者協(xié)同作用，大幅度地改善了土壤質(zhì)量。另一方面，生物炭由于其疏松多孔的性質(zhì)，可以通過吸附作用降低土壤中有害化合物含量，而施用海藻有機(jī)肥可誘導(dǎo)煙株根系產(chǎn)生多胺及植物激素類物質(zhì)，促進(jìn)煙株根系生長發(fā)育，通過多機(jī)制之間的協(xié)同作用促進(jìn)煙株生長發(fā)育[26-27]。

土壤為作物生長提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件，其理化性質(zhì)狀況是體現(xiàn)土壤品質(zhì)的首要標(biāo)準(zhǔn)。與CK處理相比，經(jīng)生物炭、海藻肥及配施處理后植煙土壤pH值、含水率、堿解氮、速效磷、速效鉀、微生物量碳、微生物量氮和微生物量碳氮比均有不同程度提高，且以生物炭與海藻肥配施處理提升最為明顯。生物炭和海藻肥配施提高了土壤鹽基飽和度，有效改善了連作下植煙土壤酸堿平衡，進(jìn)一步改良了土壤結(jié)構(gòu)和土壤保水保肥能力[12,28]。另外，海藻有機(jī)肥本身富含可溶態(tài)的Ca，Mg和Mn等微量元素及活性物質(zhì)，可能對土壤的改良效果更為明顯。微生物數(shù)量是表征土壤微生態(tài)質(zhì)量的標(biāo)志，其中細(xì)菌/真菌值越高，土壤微生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和抑制尖孢鐮刀菌等有害病菌的能力越高[29]。本研究中，經(jīng)生物炭、海藻肥及配施處理后明顯改變了植煙土壤微生物數(shù)量及結(jié)構(gòu)特征，生物炭與海藻肥配施處理下顯著增加了土壤細(xì)菌數(shù)量和細(xì)菌/真菌值，同時尖孢鐮刀菌數(shù)量較對照處理顯著降低。研究表明，施用生物炭及海藻有機(jī)肥能有效降低煙株根際土壤致病微生物密度，改變根際細(xì)菌群落組成，增加根系細(xì)菌群落多樣性[30]。

光合作用是植物有機(jī)物合成的基礎(chǔ)，也是煙株生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成的關(guān)鍵[31]。凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)及蒸騰速率指標(biāo)能夠在一定程度上反映植物光合生理生態(tài)變化[32]。本試驗中，連作土壤施用海藻有機(jī)肥同時配施生物炭處理下，烤煙葉片表現(xiàn)出較高的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，而胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)相對降低。生物炭和海藻肥配施處理能顯著增強(qiáng)連作下烤煙葉片對外界CO2的捕獲、吸收和轉(zhuǎn)化能力，同時保持正常的蒸騰作用，以維系光合生理活動。這可能是由于配施處理有效改善了土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況，同時煙株根系對水分和礦物質(zhì)營養(yǎng)的吸收利用效率提高，改善了煙株體內(nèi)生理活性強(qiáng)度，提高了煙葉光合作用。

植物依賴一套抗氧化系統(tǒng)來清除多余活性氧以解除可能的細(xì)胞內(nèi)活性氧毒害，包括SOD，POD和CAT等抗氧化酶和一些非酶的小分子抗氧化合物[33]，同時脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在植物生理代謝調(diào)控中發(fā)揮重要作用。有研究表明，施用海藻有機(jī)肥能顯著誘導(dǎo)植物提高防御性酶活性，以抵抗病原物及逆境脅迫對植株造成的不利影響[34]。本試驗中，施用海藻有機(jī)肥、生物炭及二者復(fù)合施用條件下，烤煙葉片SOD，POD和CAT等抗氧化酶活性及可溶性糖、可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量提高，而MDA和脯氨酸含量顯著降低。這與王婷婷等[35]研究結(jié)果一致。

總之，生物炭配施海藻有機(jī)肥可有效改善連作條件下植煙土壤理化性質(zhì)和微生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)煙株光合能力，提高逆境條件下煙株抗過氧化和滲透調(diào)節(jié)能力，從而促進(jìn)煙株生長發(fā)育，進(jìn)而改善煙葉的內(nèi)在品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性狀。在生產(chǎn)上，可施用生物炭改良土壤的同時配施海藻有機(jī)肥，作為緩解烤煙連作障礙的解決措施。